(57)【要約】【課題】凸状ジオメトリを有し、特にニュートラルホワイトを発色するメタルハライドランプでの色散乱を低減する。【解決手段】第２のグループはＭｇハロゲン化物およびＹｂハロゲン化物の少なくとも一方を少なくとも第２のグループの成分に対して１５ｍｏｌ％の比で含み、選択的にＣａハロゲン化物が第２のグループの添加成分となり、その場合に金属ハロゲン化物に対する第２のグループ全体の比は多くとも５５ｍｏｌ％である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部輪郭が凸状であり丸い端部を有するセラミック放電管を有しており、
該放電管は始動ガス、有利には希ガスとして水銀および金属ハロゲン化物を含む充填物を含んでおり、
前記金属ハロゲン化物は２つのグループ、すなわちエミッタから成る第１のグループとウェッタから成る第２のグループとを有している、
メタルハライドランプにおいて、
第２のグループはＭｇハロゲン化物およびＹｂハロゲン化物の少なくとも一方を少なくとも第２のグループの成分に対して１５ｍｏｌ％の比で含み、
選択的にＣａハロゲン化物が第２のグループの添加成分となり、その場合に金属ハロゲン化物に対する第２のグループ全体の比は多くとも５５ｍｏｌ％である
ことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
第１のグループは少なくとも希土類ハロゲン化物を含む、請求項１記載のランプ。
【請求項３】
第１のグループはＮａハロゲン化物および／またはタリウムハロゲン化物を添加物として含む、請求項２記載のランプ。
【請求項４】
色温度は４０００Ｋ〜４９００Ｋの範囲である、請求項１記載のランプ。
【請求項５】
希土類としてＤｙ，Ｈｏ，Ｔｍのうち少なくとも１つの元素を用いる、請求項２記載のランプ。
【請求項６】
金属ハロゲン化物に対する希土類の比は多くとも２５ｍｏｌ％、例えば少なくとも１５ｍｏｌ％である、請求項１記載のランプ。
【請求項７】
例えばＮおよびＴｌの１：２〜２：１の混合物中、金属ハロゲン化物に対する添加物の比は多くとも３４ｍｏｌ％である、請求項１記載のランプ。
【請求項８】
ＹｂはＹｂＩ２として導入され、有利にはその比は金属ハロゲン化物の１５ｍｏｌ％〜４５ｍｏｌ％である、請求項１記載のランプ。
【請求項９】
ＣａはＣａＩ２として導入され、有利にはその比は金属ハロゲン化物の０．１ｍｏｌ％〜３０ｍｏｌ％である、請求項１記載のランプ。
【請求項１０】
ＭｇはＭｇＩ２として導入され、有利にはその比は金属ハロゲン化物の０．１ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％である、請求項１記載のランプ。
【請求項１１】
前記放電管は長さＬ、内径Ｒのほぼまっすぐな円筒状の中央部およびこれと同じ径Ｒのほぼ半球状の２つの端部を有しており、
円筒状の中央部の長さＬは内径Ｒ以下、つまりＬ≦Ｒであり、
放電管の内部長さ２Ｒ＋Ｌは電極ギャップＥＡより少なくとも１０％大きく、つまり２Ｒ＋Ｌ≧１．１ＥＡであり、
放電管の直径２Ｒは電極ギャップＥＡの少なくとも８０％から多くとも１５０％まで、つまり１．５ＥＡ≧２Ｒ≧０．８ＥＡである、
請求項１記載のランプ。
【請求項１２】
ランプパワー対表面積の比は外面積で１６Ｗ／ｃｍ２〜１９Ｗｃｍ２，内面積で２０Ｗ／ｃｍ２〜２３Ｗ／ｃｍ２の値にしたがう、請求項１１記載のランプ。
【請求項１３】
Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔ＜１．３の関係が当てはまる、請求項１１記載のランプ。
【請求項１４】
Ｓｉｎ，ｂａｃｋ＿ｅｏｄ／Ｓｉｎ，ｉｎｔｅｒ＿ｅｏｄ≦０．８５の関係が当てはまる、請求項１１記載のランプ。
【請求項１５】
Ｓｉｎ，ｂａｃｋ＿ｅｏｄ／Ｓｏｕｔ，ｉｎｔｅｒ＿ｅｏｄ≦１．４の関係が当てはまる、請求項１１記載のランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内部輪郭が凸状でありかつ丸い端部を有するセラミック放電管を有しており、この放電管は始動ガス、有利には希ガスとして水銀および金属ハロゲン化物を含む充填物を含んでおり、金属ハロゲン化物は２つのグループ、すなわちエミッタ（emitter）から成る第１のグループとウェッタ（wetter）から成る第２のグループとを有している、メタルハライドランプに関する。本発明は特にニュートラルホワイトを発色するセラミック放電管を有する高圧放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第６２１８７８９号明細書にはメタルハライドランプが記載されている。この文献ではＹｂハロゲン化物が分子放射を発生させるために用いられている。放電管はクォーツガラスから成る。
【０００３】
独国特許第１９８５７５８５号明細書には、Ｍｇヨウ化物をセラミクス放電管の充填物として用いたＨｇフリーのメタルハライドランプが記載されている。
【特許文献１】米国特許第６２１８７８９号明細書
【特許文献２】独国特許第１９８５７５８５号明細書
【特許文献３】欧州出願第８４１６８７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、凸状ジオメトリを有し、特にニュートラルホワイトを発色するメタルハライドランプでの色散乱を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、第２のグループはＭｇハロゲン化物およびＹｂハロゲン化物の少なくとも一方を少なくとも第２のグループの成分に対して１５ｍｏｌ％の比で含み、選択的にＣａハロゲン化物が第２のグループの添加成分となり、その場合に金属ハロゲン化物に対する第２のグループ全体の比は多くとも５５ｍｏｌ％である構成により解決される。
【０００６】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
メタルハライドランプの色散乱は以前から品質を向上させる試みの焦点であった。この問題そのものは円筒状ジオメトリの放電管については相応の充填物の組成が既知となっているので、既に解決されているように見える。この場合、表面積に対する所定の比も考慮に入れなければならない。
【０００８】
ただし驚くべきことに、解決手段を見いだすべく打ち立てられたこのような手法は、放電管が円筒状ジオメトリではなく等温性のための凸状ジオメトリを有する場合には有効ではないと判明した。凸状ジオメトリとは、中央部はまっすぐであっても楕円状にふくらんだ形状をしていてもかまわないが、端部は丸いということを意味する。丸い端部とは円形、楕円形またはこれらに類似の形状である。この問題は特にニュートラルホワイトを発色する充填物、つまり色温度が約４０００Ｋ〜４９００Ｋの充填物を使用する際に顕著となる。
【０００９】
有利には、Ｙｂハロゲン化物が１０ｍｏｌ％〜６０ｍｏｌ％、特に有利には１５ｍｏｌ％〜４５ｍｏｌ％の比で添加される。Ｙｂハロゲン化物の一部、有利には５０％までの成分をＭｇハロゲン化物によって置換することができる。ここで適切なハロゲンはヨウ素としているが、臭素も特に３０％までの範囲でヨウ素を置換することができる。
【００１０】
ランプ動作は電子安定化回路または従来のバラストによって行ってもよい。
【００１１】
セラミックの凸状放電管を備え、特にニュートラルホワイトＮＤＬ（典型的には４０００Ｋ〜４９００Ｋ）を発色するメタルハライドランプは、溶融した金属ハロゲン化物に対して比較的高い希土類ヨウ化物の比を必要とする。希土類はＲＥとも称する。放電管はバーナーとも称する。
【００１２】
ゆえにランプの照明時間および耐用期間が進行していくうちに、再始動ピーク電圧ＵＩおよび波高率ＵＩｓ／ＵＩｒｍｓが増大し、ランプの限界条件に達しやすくなり、ランプの消弧による早期エラーが生じる。
【００１３】
円筒状放電管の場合、この問題は通常、周知のようにＣａＩ２を添加することにより解消される。ただし、使用されていくうちにランプコンポーネント上の溶融物の濡れ角または接触角が増大するので、典型的に少なくとも２０ｍｏｌ％、特に２５ｍｏｌ％のＣａＩ２濃度を超えると、溶融した金属ハロゲン化物の濡れ性は大幅に変化することがわかっている。
【００１４】
パワー密度の高いランプの場合、経時劣化した充填物の濡れにより、所望の色温度での比較的高い個別の散乱が放電管の内壁に広がった充填物の濡れの変動の結果として発生する。ここでは、半球形の端部の凸状放電管を有するランプにおいて、パワー密度ｐは単位面積Ｓ［ｍｍ２］当たりのランプ出力Ｐ［Ｗ］を意味するが、内部パワー密度ｐｉｎ＝Ｐ／Ｓｉｎと外部パワー密度ｐｏｕｔ＝Ｐ／Ｓｏｕｔとが区別され、また電極後方の空間での内面積および外面積と放電管の全表面積とのあいだの典型的な表面積比Ｓｉｎｔｅｒ＿ｄｅｏ／Ｓｉ＿ｔｏｔ；Ｓｏ，ｂａｃｋ＿ｄｅｏ／Ｓｉ＿ｔｏｔとが区別される。ここでここでＳｉｎ，Ｓｏｕｔはそれぞれ放電管の内面積または外面積を表し、ｅｏ＿ｂａｃｋは管首と見なされるキャピラリを含めた電極後方の内部および外部の全空間を表す。
【００１５】
２つのジオメトリでの典型的な比を次の表１に則して説明する。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
放電管の内壁内および放電管の外壁から周囲への放射伝搬および熱伝導としての輸送パワーの分割に大きく関わる種々の表面積比により、凸状放電管にきわめて均一な温度分布が形成される。
【００１８】
例えば、円筒状ジオメトリを使用した場合、外面積と内面積との比は典型的には１．６〜２．０（表１では１．８）であり、凸状ジオメトリを使用した場合、この比は典型的には１．０〜１．３５（表１では１．１６）である。比較可能な出力段での差は典型的には５０％（表１では５５％）である。さらに、電極端部の後方の内面積と電極間の内面積との比は、円筒状ジオメトリでは０．９５、凸状ジオメトリでは０．７であり、したがって円筒状ジオメトリのほうが３５％も大きい。また電極端部の後方の外面積と電極間の外面積との比は、円筒状ジオメトリでは１．７８、凸状ジオメトリでは０．７７であり、したがって円筒状ジオメトリのほうが１３１％も大きくなる。
【００１９】
これにより、所定の状況のもとでは、金属ハロゲン化物の充填物の定義された濡れ角が超過された場合、バーナー内部での充填物の分散が促進される。これにより個々の色温度の散乱が増大し、電気特性の変数にも相応の擾乱が起こる。
【００２０】
色温度の個々の散乱は変更された充填物の組成により低減され、電極の後方空間の放電管の内壁上に定義された度合いの充填物濡れが形成される。同時に、ランプデータ、例えば再始動ピーク電圧および波高率は高いＣａＩ２成分を含む充填物に比較可能な結果となっている（ＲＥヨウ化物の活性が低い）。
【００２１】
典型的な色温度の目標値は例えば４０００Ｋ〜４４００Ｋである。新しい充填物はＣＩＥグラフにおけるプランクの軌跡からの小さい偏差かつ低い波高率で色温度における散乱を低減する。
【００２２】
色温度Ｔｎおよび波高率Ｃｒに対して照明時間１００ｈ後の許容可能な偏差範囲δは
δＴｎ≦±７５Ｋ，Ｃｒ＝ＵＩｓ／ＵＩｒｍｓ＜１．９
である。ＮＤＬ色温度を設定するため、金属ハロゲン化物の溶融物へＣａＩ２が典型的には４０ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％添加される。これによりＲＥヨウ化物の活性が低下し、照明時間および耐用期間が進行していくうちにＲＥハロゲン化物とランプ成分との反応速度が低下し、自由なヨウ素の生成が制限される。これは再始動ピーク電圧および波高率の増大を制限してしまう。
【００２３】
本発明によれば、凸状放電管で比較可能な効果を達成するために、金属ハロゲン化物の添加物が充填物に対して所定の比をなすＣａＩ２に代えて用いられる。その際にＲＥハロゲン化物の濃度の主たる部分、ひいてはその化学的活性は変化しない。これは濡れ角の変化としてあらわれ、色温度を設定する際に個々の散乱が小さく、定義された充填物分布がランプの電極後方空間に形成される。
【００２４】
二価の金属ハロゲン化物成分ＹｂまたはＭｇ、有利にはＹｂＩ２またはＭｇＩ２は完全にまたは部分的に、全充填物中少なくとも２０ｍｏｌ％程度まで、したがってＣａＩ２のモル量の２０／４５までＣａＩ２の役割を果たすのに適切であることがわかっている。
【００２５】
有利には、２０ｍｏｌ％〜２５ｍｏｌ％までの量のＹｂＩ２を使用し、ＣａＩ２を２０ｍｏｌ％〜２５ｍｏｌ％の量に維持するか、またはＭｇハロゲン化物およびＹｂハロゲン化物、特にヨウ化物ＭｇＩ２およびＹｂＩ２を同時に使用し、ＹｂＩ２＋ＭｇＩ２の全量が金属ハロゲン化物に対して少なくとも２０ｍｏｌ％、有利には２０ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％の比をなし、ＣａＩ２とともに金属ハロゲン化物の全充填物に対して４０ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％の比をなすようにする。
【実施例】
【００２６】
以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。
【００２７】
図１には硬質ガラスまたはクォーツガラスから成る外管１を備えたメタルハライドランプが示されている。この外管は長手軸線Ａを有しており、フューズドインプレート２により一方側が閉鎖されている。フューズドインプレート２には外部へ通じる図示されていない２つの給電リードが設けられている。２つの給電リードはキャップ５で終端している。凸状のセラミクス放電管１０は両側の封止されたＡｌ２Ｏ３から成り、金属ハロゲン化物の充填物を含む。この放電管は外管の軸線に合わせて配置されている。
【００２８】
放電管１０は特に内部が球状または楕円状であるか、または球状ジオメトリから幾分異なる、半球シェルのあいだに短い円筒状の中央ピースを備えたジオメトリを有する。特に放電管は図２および欧州出願第８４１６８７号明細書に示されているような寸法を有する。内壁の輪郭はここでは
・長さＬおよび内径Ｒのほぼまっすぐな円筒状の中央ピース６と、同じ径Ｒの２つの半球状の端部ピース７とが設けられており、
・円筒状の中央ピースの長さＬは内径Ｒ以下、つまりＬ≦Ｒであり、
・放電管の内部の長さ２Ｒ＋Ｌは電極ギャップＥＡよりも少なくとも１０％大きく、つまり２Ｒ＋Ｌ≧１．１ＥＡであり、
・放電管の径２Ｒは電極ギャップＥＡの少なくとも８０％から多くとも１５０％まで、つまり１．５ＥＡ≧２Ｒ≧０．８ＥＡ
となっている。この実施例では特にＬｃｙｌ＝１ｍｍ，Ｌ＝１５ｍｍ，Ｒ＝７ｍｍである。
【００２９】
外径と内径との比Ｒａ／Ｒｉ＝７．８／７＝１．１１である。内径とシリンダ長さとの比Ｒｉ／Ｌｃｙｌ＝７／１＝７である。電極ギャップは９．２ｍｍである。
【００３０】
電極３は放電管内へ突出している。電極ギャップＥＡと放電管の長さＬとの比ＥＡ／Ｌ＝９．２／１５＝０．６１である。
【００３１】
希ガスグループから選択された可燃性ガスは放電管内に冷間充填圧３００ｍｂａｒで配置される。放電管はさらに水銀および下記の表２のモル成分［ｍｏｌ％］の金属ハロゲン化物の混合物を含む。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
消費されるパワーは１４０Ｗ〜１５０Ｗの範囲である。このパワーと放電管の外面積との比を考慮すると、壁負荷は典型的には１７．２Ｗ／ｃｍ２〜１８．４５Ｗ／ｃｍ２の比となる。
【００３４】
またこのパワーと放電管の内面積との比を考慮すると、壁負荷は典型的には２１．２Ｗ／ｃｍ２〜２２．７５Ｗ／ｃｍ２の比となる。
【００３５】
このランプの色温度はいずれの場合にも約４２００Ｋである。
【００３６】
この実施例では所定の色温度および波高率で散乱がかなり低減された。照明時間１００ｈ後の評価を次の表３に示す。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
表３は波高率Ｃｒおよび色温度Ｔｒに対する平均値および標準偏差を表している。
【００３９】
所定の色温度での最小散乱および許容可能な波高率が、ＣａＩ２のモル成分の６６％をＹｂＩ２で置換し、ＹｂＩ２を混合物全体の３１．２ｍｏｌ％とした第２の実施例から得られる。
【００４０】
所定の色温度での散乱の低減と同様の特性はＣａＩ２を部分的にＭｇＩ２によって置換した場合にも達成される。所定の色温度での散乱の低減に対する混合の効果はアルミニウム酸化物のセラミック上に溶融した金属ハロゲン化物の濡れ角の低減から生じる。所定の色温度での散乱低減の効果は、ＹｂＩ２およびＭｇＩ２ともに、溶融した金属ハロゲン化物中に少なくとも１５ｍｏｌ％、有利には２０ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％が添加されたのちに顕著となる。ただしその比は５５ｍｏｌ％を超えてはならない。
【００４１】
このことはＣａＩ２の置換に関連しており、これによりリードフラクション（read fraction）が高められ、色温度４０００Ｋの金属ハロゲン化物の充填物の成分として約４０ｍｏｌ％〜４５ｍｏｌ％の範囲で用いられる。
【００４２】
ＣａＩ２は完全にまたは部分的にＹｂＩ２またはＭｇＩ２によって個々にまたは一緒に、有利にはカルシウムヨウ化物の約５０％〜７０％の比で置換される。これは、最適な条件が金属ハロゲン化物ＤｙＩ３，ＨｏＩ３，ＴｍＩ３のうち少なくとも１つから成る典型的な含量１５ｍｏｌ％〜２５ｍｏｌ％の充填物で達成されること、ＭｇＩ２，ＹｂＩ２から成り、付加的に１５％〜３５％の範囲のＣａＩ２を含むウェッタのグループの比が混合物全体の１５ｍｏｌ％〜５５ｍｏｌ％の範囲になければならないことを意味する。
【００４３】
図３，図４には、凸状放電管１１および円筒状放電管１２の内面積および外面積に関する特性が示されており、これらが比較される。実線は外表面を表しており、破線は内表面を表している。内面積および外面積の特性はランプの中央部すなわちｘ位置０の点からキャピラリ端部すなわちｘ位置２３の点までの対称な積分に基づいており、図の上方に示されている。図の下方には放電管の凸状ジオメトリおよび円筒状ジオメトリでの内部輪郭および外部輪郭の例が示されている。
【００４４】
凸状放電管では、積分された内面積ｉと外面積ａとのあいだに平滑かつ密接な関係が存在する。円筒状放電管ではこの関係は変化しやすく、また突然の跳躍的変化を含むためにつねに微分できるわけではない。特に内面積が一時的に外面積よりも大きくなってしまうことがある。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】高圧ランプの放電管の概略図である。
【図２】本発明に特に適する凸状放電管を示す図である。
【図３】凸状放電管の内面積および外面積に関する特性を示す図である。
【図４】円筒状放電管の内面積および外面積に関する特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  外管、  ２  フューズドインプレート、  ３  電極、  ５  キャップ、  ６  中央部、  ７  端部、  １０  セラミック放電管、  Ａ  軸線、  Ｌ  長さ、  Ｒ  内径、  ＥＡ  電極ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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